05.04.2024

Ioneninduzierte Feldabschirmung stabilisiert Perowskit-Solarzellen

Grundlage für Strategien zur Erhöhung der Lebensdauer der nächsten Generation von Solarzellen.

Ein internationales Forschungsteam hat gezeigt, dass die ioneninduzierte Feldabschirmung ein entscheidender Faktor für die Betriebsstabilität von Perowskit-Solarzellen ist. Die Ergebnisse der Wissenschaftler bilden die Grundlage für neue Strategien, um die Lebensdauer der nächsten Generation von Solarzellen zu erhöhen.

Abb.: Martin Stolterfoht im Perowskit-Labor der Uni Potsdam.
Abb.: Martin Stolterfoht im Perowskit-Labor der Uni Potsdam.
Quelle: J. Walter, U. Potsdam

Sonnenenergie aus Photovoltaik gehört zu den meistverbreiteten Formen erneuerbarer Energien. Tandem-Solarzellen auf Perowskit-Basis gelten dabei als Technologie der nächsten Generation und übertreffen bereits die Leistung herkömmlicher siliziumbasierter Technologien. Die Stabilität der Perowskit-Zellen ist jedoch deutlich geringer, sodass ihre Lebensdauer um etwa eine Größenordnung unter der Lebensdauer von Siliziumzellen liegt. Die eher geringe Stabilität des Perowskits wird in der Regel auf elektronische Defekte, die Oxidation der Elektroden, die ionische Natur des Perowskits oder die chemische Zersetzung unter Feuchtigkeit und Sauerstoff zurückgeführt. Um hier gezielte Verbesserungen zu ermöglichen, müssen die zugrundeliegenden Degradationsmechanismen verstanden werden.

„Wir zeigen, dass eine zunehmende Konzentration von Defekten in den Zellen offenbar kein entscheidender Faktor für die Degradation ist“, sagt Martin Stolterfoht, ehemals an der Uni Potsdam, jetzt Professor an der Chinese University of Hong Kong tätig. Stattdessen ist es die Bildung von immer mehr beweglichen Ionen in den Perowskit-Halbleitern, die in der Folge das eingebaute elektrische Feld in der Perowskit-Zelle abschirmen, was zu erheblichen Extraktionsverlusten führt.

„Wir haben gezeigt, dass die ioneninduzierte Feldabschirmung die Betriebsstabilität verschiedener häufig verwendeter Perowskit-Zellen dominiert“, so der Forscher weiter. „So können wir beispielsweise die ionischen Fingerabdrücke neu entwickelter Solarzellen nutzen, um die Stabilität der Zellen genau vorherzusagen.“ Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage, um die Lebensdauer der Solarzellen zu erhöhen und die Entwicklung neuer Perowskit-Zellen mit hervorragender Stabilität zu beschleunigen.

U. Potsdam / RK

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